Устройство сканирующего туннельного микроскопа

В основе СТМ лежит эффект туннелирования - преодоление микрочастицей потенциального барьера в случае, когда её полная энергия меньше высоты барьера.

Рис. 1 Устройство СТМ

Рассмотрим модельную систему зонд – поверхность, которая поможет нам понять устройство СТМ:

Рис. 2 Система зонд – поверхность

Две потенциальные ямы разнесены на расстояние Δz. Глубина до уровня самого энергетичного электрона в зонде – V. Если на таком же уровне есть электрон на образце, то электрону с иглы некуда будет туннелировать. Теперь рассмотрим случай, когда между иглой и образцом приложено напряжение.

Рис. 3 Система зонд – поверхность при

приложенном напряжении

Теперь электроны могут протуннелировать вакантные уровни.

Туннельный ток в таком случае описывается выражением:

где

Рис. 4 Сканирование поверхности

1 – игла, 2 – проводящий образец

Теперь понятно, как можно получить рельеф поверхности – надо при сканировании поддерживать ток постоянным путем изменения высоты иглы. Таким образом двигая иглу при помощи пьезо-двигателей осуществляется сканирование поверхности проводящего образца.